GRAFCET niveau 1 et 2

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I. Dfinition et structure dun systme automatis

I.1 Quelques dfinitionsI.1.1 Automatique

Cest la science et technique de lautomatisation. Elle permet dtudier les mthodes et les technologies propres la conception et lutilisation des systmes automatiques.

I.1.2 Automatisation

Cest l excution totale ou partielle des tches techniques par des machines fonctionnant sans intervention humaine.

I.1.3 Automatisme

Lautomatisme dsigne un systme dvelopp pour agir seul. 2

I.2 Structure dun systme automatis

Un systme automatis se compose de deux parties qui cooprent :

une partie oprative constitue :

du processus commander, des actionneurs qui agissent sur ce processus, des capteurs permettant de mesurer son tat.

une partie commande qui labore les ordres pour les actionneurs en fonction des informations issues des capteurs et des consignes.

Cette partie commande peut tre ralise par des circuits cbls, ou par des dispositifs programmables (automates, calculateurs).

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II. Analogie homme - machine

II.1 Manipulation dobjets par une personne

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Suite un ordre pour dplacer par exemple un colis, il y aura :

Reconnaissance par le regard du colis dplacer,

Commande par le cerveau des muscles du bras pour saisir, dplacer et poser lobjet

On distingue alors :

la partie commande assure par le cerveau,

la partie oprative assure par les muscles du bras.

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II.2 Manipulation dobjets par un bras automatique

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III. Cahier des charges dun automatisme logique

Le cahier des charges dcrit:

les relations entre la partie commande et la partie oprative ;

Les conditions dutilisation et de fonctionnement de lautomatisme.

Le fonctionnement dun automatisme squentiel peut tre dcompos en un certain nombre dtapes.

Le passage (ou transition) dune tape une autre tape se fait larrive dun vnement particulier (rceptivit) auquel le systme est rceptif.

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IV. GRAFCET

Le GRAFCET (Graphe de Contrle Etape-Transition ou Graphe Fonctionnel de Commande Etape-Transition) est un outil graphique de description du cahier des charges dun automatisme squentiel.

On peut utiliser plusieurs niveaux successifs de spcifications:

Spcifications fonctionnelles : niveau1

Spcifications technologiques : niveau2

Spcifications oprationnelles.10

Spcifications fonctionnelles : niveau1 : on dcrit lenchanement des tapes sans prjuger de la technologie.

Les spcifications fonctionnelles prcisent :

Le dispositif automatiser sous forme dun dessin simplifi, ou dun schma fonctionnel;

Les fonctions assures par chaque partie du dispositif;

Les informations permettant de contrler ces fonctions;

Les scurits envisages.

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Spcifications technologiques : niveau 2 :

Cest ce niveau que sont prises les options relatives :

La nature des actionneurs : moteurs, vrins, etc.;

Les types de capteurs : dtecteurs, contacts, etc.;

Le choix des actionneurs et capteurs est lis aux conditions denvironnement (temprature, humidit, ) et conditions dalimentations (lectriques, pneumatiques, ).

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Spcifications oprationnelles :

Elles apparaissent dans le cahier des charges, mais pas dans la reprsentation du Grafcet.

Les spcifications oprationnelles ont trait au fonctionnement de lautomatisme durant son exploitation. Elles sont lies :

Aux cadences de fonctionnement;

A la fiabilit de lquipement et la facilit de dpannage;

Aux possibilits de modification du cycle;

Aux pannes dangereuses pour les personnes et matriels, etc.13

IV.1. Symbolisation du Grafcet

Conu au dpart comme outil de spcification du cahier des charges, le GRAFCET est devenu galement un outil pour la synthse de la commande et un langage de programmation des automates programmables.

Dans le langage Grafcet, on trouve :

des lments graphiques de base : tapes, transitions, liaisons;

une interprtation associant des expressions logiques (rceptivits);

des rgles dvolution dfinissant le comportement de la partie commande dcrite.

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IV.2. Prsentation

Un Grafcet est compos :

d'tapes auxquelles sont associes les actions raliser ; de transitions sous forme de variables auxquelles sont associes des rceptivits ; de liaisons reliant les tapes aux transitions, et les transitions aux tapes.

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IV.2.1 Les liaisons

Une LIAISON est un arc orient (qui ne peut tre parcouru que dans un sens). A une extrmit d'une liaison il y a une tape, l'autre une transition.

On la reprsente par un trait plein rectiligne, vertical ou horizontal.

Une verticale est parcourue de haut en bas, sinon il faut le prciser par une flche. Une horizontale est parcourue de gauche droite, sinon le prciser par une flche.

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IV.2.2 Les tapes

Une ETAPE correspond une situation lmentaire ayant un comportement stable. Elle correspond une phase durant laquelle on effectue une ACTIONpendant une certaine DUREE.

On reprsente chaque tape par un carr, l'action est reprsente dans un rectangle. On numrote chaque tape par un entier positif, mais pas ncessairement croissant par pas de 1, il faut simplement que jamais deux tapes diffrentes n'aient le mme numro.

Si plusieurs liaisons arrivent sur une tape, pour plus de clart on les fait arriver sur une barre horizontale, de mme pour plusieurs liaisons partant de l'tape.

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IV.2.3 Les transitions

Une TRANSITION indique la possibilit dvolution d'une tape une autre.

A chaque transition, on associe une ou plusieurs conditions logiques qui traduisent la notion de RECEPTIVITE.

La rceptivit est une fonction combinatoire dinformations telles que : tat des capteurs, action dun bouton poussoir, tat actif ou inactif dautres tapes,

On reprsente une transition par un petit trait horizontal sur une liaison verticale. On note droite la rceptivit.

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IV.2.4 Exemple

Un wagonnet se dplace du point a , partir dune action manuelle sur un bouton poussoir m , vers le point b , puis revient en a et sarrte.

Raliser le Grafcet de niveau 1 et 2.

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Grafcet niveau 1: Il dfinit le cycle raliser sans tenir compte des solutions technologiques. Il sagit de reprsenter les conditions fonctionnelles.

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Grafcet niveau 2: Il dfinit le cycle raliser en indiquant les organes mis en uvre. Les options technologiques sont prises en compte.

Le chariot est tir par un cble actionn par un moteur lectrique. Les fins de courses a et b sont des contacteurs de position.

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IV.3 Rgle dvolution

Un Grafcet possde un comportement dynamique dirig par des rgles, qui prcisent les causes et les effets du franchissement des transitions.

La modification de l'tat de l'automatisme est appele volution, et est rgie par 5 rgles :

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Rgle N1 : situation initiale

Linitialisation prcise ltape active au dbut du fonctionnement.

Les tapes INITIALES sont celles qui sont actives en dbut du cycle. On les reprsente en doublant les cts des symboles.

On appelle dbut du fonctionnement le moment o le systme n'a pas besoin de se souvenir de ce qui c'est pass auparavant (allumage du systme, bouton "reset",...).

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Une TRANSITION est soit valide, soit non valide.

Une transition est dite valide lorsque toutes les tapes amont (immdiatement prcdentes relies cette transition) sont actives.

Le FRANCHISSEMENT d'une transition se produit :Lorsque la transition est valide.ET que la rceptivit associe cette transition est vraie.

Rgle N2 : franchissement dune transition

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Rgle N3 : volution des tapes actives

Le FRANCHISSEMENT d'une transition entrane :

simultanment l'activation de TOUTES les tapes immdiatement suivantes

et la dsactivation de TOUTES les tapes immdiatement prcdentes.

Plusieurs transitions SIMULTANEMENT franchissables sont simultanment franchies.

Rgle N4 : volution simultane

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Rgle N5 : activation et dsactivation simultane dune tape

Si une tape doit tre la fois active et dsactive, elle reste active. On vite ainsi des commandes transitoires (nfastes au procd) non dsires.

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IV.4 Structure de base

IV.4.1 Diffrents types de liaisons

On relie tapes et transitions, qui doivent strictement alterner, grce des arcs orients.

Par convention, tapes et transitions sont places suivant un axe vertical.

Les arcs orients sont de simples traits verticaux lorsque la liaison est oriente de haut en bas, et sont munis d'une flche vers le haut lorsque la liaison est oriente vers le haut.

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Convergence et divergence en ET

Si plusieurs tapes doivent tre relies vers une mme transition, alors on regroupe les arcs issues de ces tapes l'aide d'une double barre horizontale appele convergence "en et".

Si plusieurs tapes doivent tre issues d'une mme transition, alors on regroupe les arcs allant vers ces tapes l'aide d'une double barre horizontale appele divergence "en et".

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Convergence et divergence en OU

Lorsque plusieurs transitions sont relies une mme tape dans le sens "vers tape" , on regroupe les arcs par un simple trait horizontal et l'on parle de convergence "en ou" (respectivement de divergence "en ou").

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Une action est associe une tape. Les actions servent mettre des ordres vers la partie oprative.

Une action est une sortie du systme logique que nous modlisons. Ces actions peuvent tre de plusieurs types :

Les actions continues, Les actions conditionnelles, Les actions mmorises, Les actions retardes.

IV.4.2 Diffrents types dactions associes aux tapes

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Les actions continues

Dans ce cas, la sortie correspondante est vrai tant que l'tape associe est active. Lorsque l'tape devient inactive la sortie est mise faux.

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Une tape action mmorise permet de mettre la sortie correspondante dans un tat spcifi lors de son activation.

Le maintien dun ordre peut se faire sur la dure dactivation de plusieurs tapes conscutives.

Ainsi la fonction de mmorisation reoit deux ordres de commande qui sont :

enclenchement ou mise 1 ou set; dclenchement ou mise 0 ou reset.

Les actions mmorises

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Les actions conditionnelles

Dans ce cas, lordre ne peut tre mis que SI ltape laquelle il est associ est active, ET si une condition logique spcifie est ralise.

Une action conditionnelle n'est excute que si l'tape n associe est active et si la condition associe est vraie.

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Les actions retardes

Cest un cas particulier de lordre conditionnel o le temps intervient comme condition logique.

La notation gnrale est t/Xi/q o Xi indique ltape prise comme origine et q est la dure du retard.

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Combinaisons dactions conditionnelles

Il est possible de combiner plusieurs types d'actions conditionnelles. On fait alors apparatre dans le cadre indiquant la nature de l'action, les diffrentes symboles caractrisant l'action.

Remarque : Le signe de mmorisation peut se dcrire par une notation flche.

S2 signifie "mmoriser la sortie 2 l'tat vrai",

S3 signifie "mmoriser la sortie 3 l'tat faux".

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IV.4.3 Diffrents types de rceptivits associes aux transitions

Les conditions de transition associes chaque transition peuvent se prsenter sous diffrentes formes :

- Expression littrale par exemple: pompe P en marche ET (vanne Va ouverte ou Vb ferme) ;

- Expression boolenne par exemple: P.(Va + Vb) ;

- Reprsentation graphique (logigramme, schma contact) ;

- Expression temporelle.40

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V. LES MACRO-ETAPESLes descriptions de fonctionnement sous forme de grafcets peuvent comporter un grand nombre de graphes et par consquent, un grand nombre dtapes.

Do la ncessit dune reprsentation progressive, descendante, organise de telles applications.

Les macro-tapes sont utiliss principalement lors de la conception dun automatisme complexe.

La dcomposition du systme dcrire conduit reconsidrer des sous-ensembles fonctionnellement indpendants, quil nest pas utile de dtailler dans une premire approche.

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DfinitionUne macro-tape est donc, un ensemble organis dtapes dcrivant le fonctionnement dun sous-ensemble du systme dcrire.

Symbole Le symbole de reprsentation des macro-tapes est diffrent de celui dune tape, car une maco-tape # tape.

Le symbole prsente un identificateur commenant par la lettre M, et aussi un rectangle suprieur et un rectangle infrieur o figurent les tapes dentre et de sortie de cette maco-tape.

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